Assunto1-Introducao

Prévia do material em texto

PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS ENG-1720 
PUC-Rio, DEM
Assunto 1 – Introdução; Fases e Fatores de um Projeto
PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS ENG 1720
• Professor: José Luiz de França Freire, sala133-L
• Palestrantes: Dr. José Eduardo de Almeida Maneschy, Eng. Vitor Eboli Paiva, Eng. Jorge Coutinho Diniz
• Livros para consultas: 
– “Mechanical Engineering Design”, J.E. Shigley, C. R. Mischke & R.G. Budynas, 7th ed., McGraw-Hill, 
2004. Existe tradução para Português (2005).
– Budynas−Nisbett • Shigley’s Mechanical Engineering Design, Eighth Edition, McGraw-Hill, Primis Online
– “Machine Design – an Integrated Aproach”, R.L. Norton, 2nd ed., Prentice Hall, 2000. Existe tradução para 
Português (2004).
– “Fundamentals of Machine Component Design”, R.C. Juvinall & K.M. Marshek, 4th ed., John Wiley & 
Sons, 2006. Existe tradução para Português (2008).
– “The Engineering Design Process”, A. Ertas & J.C. Jones, 2nd ed., John Wiley & Sons, 1996.
– “Fundamentals of Engineering Design”, W. Lewis & A. Samuel, Prentice Hall, 1988.
– “Projeto e Construção de Máquinas”, E. C. Stemmer, Ed. Globo, 1974.
– “Precision Machine Design”, A.H. Slocum, Prentice-Hall,1992
– Manuais para projeto em engenharia mecânica ( Dubbel, Mark’s, Provenza, etc) 
• Aproveitamento:
– Nota Final, NF = Média de 2 Testes, T1 e T2
– Haverá um terceiro teste, T3, para aqueles que não obtiveram NF>5.0. Neste caso, NF será calculada usando 
T3 e o maior valor entre T1 e T2. Para qualquer falta justificada ou não aos testes T1 ou T2, o teste T3 será 
usado como teste de reposição. Lembrar que T1 e T2 ou T3 devem ser maiores ou iguais a 3,0. 
– Presença mínima: 75%.
• Projeto de Sistemas Mecânicos
– A engenharia e o engenheiro
– A disciplina de Projeto de Sistemas Mecânicos
– Projeto
• Definição
• Fatores de um projeto
• Fases de um projeto
– As fases segundo Shigley
– As fases segundo Asimov
– As fases segundo Stemmer
– Exemplos e Exercícios
– Balança caseira
– Aparelho para içamento de cargas
– Suporte para RX
– Modelo para a suspensão de um veículo
– Outros exemplos:
• Recuperadora de minério, coluna para transdutor de 
deslocamento, ...
• Projeto de Sistemas Mecânicos
Na disciplina “PSM” a análise de projetos será usada para aprofundar os seguintes 
pontos:
1. Função e atendimento da necessidade.
2. Confronto entre liberdade de criação e especificações a serem 
cumpridas.
3. Atendimento à necessidade e às especificações, que nem sempre 
levam a soluções únicas e, às vezes, as especificações, muito rígidas 
e mesmo conflitantes, impossibilitam o encontro de uma solução. 
4. Visão de muitas soluções possíveis (incluindo a necessidade de 
comparação e otimização das soluções).
5. Modelo matemático do grande projeto (visão macro) dirigido para a 
solução, com detalhes, do projeto de um componente simples (visão 
micro). 
Na forma atual, a disciplina tem maior enfoque maior na integridade estrutural 
dos sistemas, equipamentos e seus componentes. 
Sobre a modelagem matemática –
exemplo do que o engenheiro 
mecânico e estrutural sabe fazer
Exemplo: descarregador de navios
Capacidade: 14000t /dia, caçamba: pp=20t, pl=30t, ciclo=50s
Exemplo: descarregador de navios
Capacidade: 14000t /dia, caçamba: pp=20t, pl=30t, ciclo=50s
Como fazer a 
modelagem da 
lança e do 
tirante?
Exemplo: descarregador de navios
Capacidade: 14000t /dia, caçamba: pp=20t, pl=30t, ciclo=50s
• O Engenheiro
Encontra soluções e resolve problemas de engenharia 
empregando conhecimento científico e tecnológico.
Utiliza modelos matemáticos para projetar e fazer previsões.
Exemplo: Determinar o diâmetro de uma haste que suporta o 
braço de uma viga articulada 
P
45o
a
b
1.41 P.b/(b-a) Procedimento
Definir e atender à função através de um desenho 
simplificado. 
Fazer cálculo simplificado (do carregamento ou daquilo 
que é mais importante para atender à função).
Selecionar a geometria adequada, considerando o corpo 
da haste e suas duas rótulas. Levar em conta a 
disponibilidade de materiais, processo de fabricação e 
montagem (da haste e desta na estrutura). Gerar um 
desenho detalhado. 
Selecionar o material adequado levando em consideração 
sua função, as tensões aplicadas, a disponibilidade de 
matéria bruta no mercado, sua fabricação e montagem.
Determinar, analisar e otimizar a equação de projeto:
1
11
41.1
1
41.1







FS
SAab
b
P
Aab
b
P
FS
S
y
y


2211
2
2
4
t.bt.b.A
t.D.A
D.
A
H.BA






• Projeto de Sistemas Mecânicos
A disciplina “PSM” finaliza uma seqüência de disciplinas na área de 
projeto de sistemas mecânicos envolvendo mecânica dos sólidos.
Estática
Dinâmica
Materiais
ICM e MCM
Res. Mat.
CMM
Desenho
El. Máq.
Metrologia
Proc. Fab.
PSM
• Projeto
Apresentação de uma solução que realize uma ou mais funções que devem 
atender a uma necessidade.
Todo projeto em engenharia deve estar conectado ao atendimento de uma 
necessidade.
Deve-se levar em conta algumas associações e/ou contrapontos. Exemplos:
– A relação entre o “belo” e a realização de uma função.
– A relação entre o “por prazer” e “pela necessidade”.
– A relação entre a “criação” e a “especificação” . 
– O modelo matemático e a capacidade de previsão.
• Projeto de Sistemas Mecânicos
Sistemas Mecânicos: conjunto de componentes que realizam 
trabalhos de transformação mecânica para atender a uma 
determinada função -- Máquina -- (Ex.: fresadora, motor de 
combustão interna, parafuso de acionamento, etc.).
Projeto: conjunto organizado de instruções, memórias de cálculo, 
desenhos, e procedimentos de execução que permitem a:
» Construção de equipamentos e estruturas
» Previsão ou visualização antecipada de ocorrências ou soluções
Esta definição de projeto pode ser ampliada e generalizada para 
outras aplicações. Exemplos: 
» Projeto para resolver o problema de acidentes numa via 
expressa.
» Projeto para melhorar o escoamento da safra de cana de açucar.
» Projeto para melhorar o sistema de segurança pública de uma 
cidade ou estado. 
• Projeto
Conjunto organizado e completo de instruções e documentos, memórias de cálculo, desenhos, procedimentos, planilhas e 
tabelas que permitem a:
» Construção de equipamentos e estruturas
» Previsão ou visualização antecipada de ocorrências ou soluções
Conjunto completo (não deixa margem para dúvidas) de:
Instruções e documentos:
Com comprovação de fontes de dados
Com justificativas e explicações
Com listas de procedimentos
Que incluam considerações e comprovação de atendimento a normas técnicas, leis e licenças
Memórias de cálculo
Modelos matemáticos para satisfação de funções principais
Modelos matemáticos para satisfação de funções secundárias
Desenhos
Esboços explicativos e de noção geral
Esboços de funcionamento e alcance cinemático
Desenhos de conjunto
Desenhos de detalhes
Desenhos de fabricação
Desenhos de montagem
Procedimentos
Procedimentos de execução
Procedimentos de fabricação
Procedimentos de montagem
Procedimentos de manutenção
Planilhas e Tabelas
Lista de componentes
Lista de materiais
Lista de fornecedores
Planilhas de custos
PROJETO: Função, Fases e Fatores
• Atendimento à função
– Funções principais e secundárias - exemplos:
• Casa - moradia
– teto, abrigo, local de referência
– segurança estrutural, conforto básico, condições sanitárias, 
espaço mínimo 
– durabilidade, qualidade
– localização com relação a transporte, emprego, etc
– condições ambientais: ruído, poluição
– estética, conforto, manutenção
– custo
– Características funcionais: diferenças de funções levam a 
necessidades diferentes para satisfação ou entendimento do que é o 
projeto ótimo. Exemplos:
• Space shuttle
• Avião de combate
• Avião comercial para grandes distâncias
• Avião comercial para rotas regionais
• Outros exemplos: quais são as características funcionais 
(parâmetros que norteiam as especificações) principais destesprojetos?
– braço mecânico
– calha vibratória para transporte de fumo
– poste para transdutor de deslocamentos
– recuperadora de minério
– moradia: casa em vila de baixa renda; apartamento em 
condomínio de luxo
• Fatores
– integridade estrutural
– comportamento dinâmico
– comportamento estático
– comportamento cinemático
– estabilidade
– rigidez
– peso, inércia
– atrito
– acabamento
– vida
– confiabilidade
– qualidade
– número de unidades
– manutenção
– montagem
– possibilidade de fabricação
– ambiente e proteção
– considerações térmicas
– lubrificação
– custo X outros fatores
– conforto
– responsabilidade civil
– uso por iniciados/não iniciados
– materiais
• disponibilidade 
• custo
• resistência
– estrutural
– ao ambiente
• estética
• facilidade de construção
– mecanismos de falhas e dano
– defeitos
• projeto
• concepção
• construção
• uso continuado
• devido ao desgaste (ao uso)
– forma
– tamanho
– volume
Exemplo: quais são os fatores a serem considerados no 
projeto de uma 
Balança Caseira para Pessoas
Análise de Projeto 1: Balança Caseira para Pessoas
Tipo de projeto: Lista de componentes
Características do projeto:
Peso máximo;
Dimensões;
Exatidão e resolução;
Número de balanças a produzir;
Necessidade de certificação;
Calibração;
Ajuste de zero;
Ajuste de sensibilidade;
Custos (fabricação, montagem, calibração);
Preço de venda;
Tempo para pesagem;
Estática, dinâmica;
Sistema de determinação de forças: alavancas com um 
transdutor único ou apoio em todos os transdutores?
Mecanismo de soma e multiplicação;
Transdutor: sistema de transdução e indicação do valor medido;
Portabilidade;
Manutenção e assistência técnica;
Freqüência de pesagens e espectro de cargas a serem medidas.
Fases de um Projeto
segundo Shigley
Apresentaç ão
Teste e Verificaç ão
Aná lise e Otimizaç ão
Modelo matemá tico
Soluç ã o ou Sí ntese
Sí ntese inicial
Sí ntese dimensional
Definiç ã o do Problema
Especificaç õ es
Reconhecimento da Necessidade
Fases de um Projeto
segundo Asimov
Estudo de viabilidade
Projeto preliminar
Projeto detalhado
Fase Inicial ou Preliminar
Projeto de fabricaç ã o
Controle de qualidade e inspeç ã o
Embalagem e estocagem
Fase de Fabricaç ã o
Distribuiç ã o
Manutenç ã o e assistê ncia té cnica
Planejamento de retirada
Fase de Consumo
Fases de um Projeto
segundo Stemmer
• Determinação exata dos desejos do comprador
• Viabilidade
• Referências e bibliografia; reunião de dados técnicos e 
experiências anteriores
• Soluções possíveis, escolha da melhor
• Esboço geral com detalhes principais; considerar 
principais aspectos funcionais, cinemáticos e 
dinâmicos
• Subdivisão em projetos menores
• Projeto detalhado global e de peças individuais
• Controle cuidadoso do projeto e pontos críticos 
considerando fatores de projeto tais como: atrito, 
montagem, resistência, etc
• Recepção e aceitação, testes
• Instruções de serviço
Guindaste
Estrutura de aço Sistema de acionamento Equipamento elétrico
Translação Elevação Rotação
Acionamento
próprio
Acionamento
da carga
Guincho
Acessórios
Gancho RoldanasTravessa Cabos Rolamentos
Exemplos de Projetos
• Partindo do geral para o particular e específico
Distribuição dos Tubos
Distribuição dos Tubos
Soldagem
Abaixamento
Análise de Projeto 2: Aparelho para içamento de cargas (mufla)
Tipo de projeto: Lista de componentes
Características do projeto:
Os vários tipos de modelagens dos 
problemas. 
Por exemplo, as modelagens 
preliminares, estática e dinâmica, de uma 
suspensão de um veículo.
Modelo para a suspensão de um veículo
Modelo para a suspensão de um veículo
Modelo para a suspensão de um veículo
Exemplo de modos possíveis (mais caros, mais baratos) 
para atender à Função. 
Exemplo: transmitir o movimento de rotação
Darrieus – usina eólica
Tanque de aeração
A ambientação com o tamanho dos equipamentos… 
Às vezes as soluções podem ser simples e modelos 
simples podem resolver 90% do problemas com 
exatidão adequada.
Roda de caçambas de máquina recuperadora de minério
Máquina empilhadeira de minério
Máquina empilhadeira de minério
Máquina empilhadeira de minério
Grande Máquina de Escavação
Suportação e posicionamento para atender à função
Suporte para aparelho portátil de Raios - X
Análise de Projeto 3: Suporte portátil e móvel de aparelho de raios X
Tipo de projeto: Lista de componentes
estruturaisCaracterísticas do projeto:
Field conditions where displacement forced vibrations are measured.
Displacement measurement using columns as fixed references for 
strain-gage-based transducers
Coluna para suporte de transdutor de deslocamento
Wire to connect ground reference to very far moving point
Displacement transducers using long wires to connect reference and 
measured points.
Displacement measurements along three directions using fixed reference 
support
Para casa 1A : 
Selecione um eletro-doméstico (Sistema) que envolva movimentação
mecânica e desenvolva para ele: 
1.1: Um desenho esquemático mostrando seus principais sub-sistemas;
1.2: Uma lista de especificações que o projeto deste eletro-doméstico
deveria obedecer.
Para casa 1 B : 
Para os três próximos slides (balança caseira, sistema de elevação e 
sistema portátil para radiografia) desenvolva: 
1.1: Um desenho esquemático mostrando seus principais sub-sistemas;
1.2: Uma lista de especificações, características e components.
Análise de Projeto 1: Balança Caseira para Pessoas
Tipo de projeto: Lista de componentes
Características do projeto:
Peso máximo;
Dimensões;
Exatidão e resolução;
Número de balanças a produzir;
Necessidade de certificação;
Calibração;
Ajuste de zero;
Ajuste de sensibilidade;
Custos (fabricação, montagem, calibração);
Preço de venda;
Tempo para pesagem;
Estática, dinâmica;
Sistema de determinação de forças: alavancas com um 
transdutor único ou apoio em todos os transdutores?
Mecanismo de soma e multiplicação;
Transdutor: sistema de transdução e indicação do valor medido;
Portabilidade;
Manutenção e assistência técnica;
Freqüência de pesagens e espectro de cargas a serem medidas.
Análise de Projeto 2: Aparelho para içamento de cargas (mufla)
Tipo de projeto: Lista de componentes
Características do projeto:
Análise de Projeto 3: Suporte portátil e móvel de aparelho de raios X
Tipo de projeto: Lista de componentes
estruturais da barra
Características do projeto:
A
A
Para casa 1 C:
Para a balança mostrada na figura identificar as fases de um projeto:
segundo Shigley
Apresentaç ão
Teste e Verificaç ão
Aná lise e Otimizaç ão
Modelo matemá tico
Soluç ã o ou Sí ntese
Sí ntese inicial
Sí ntese dimensional
Definiç ã o do Problema
Especificaç õ es
Reconhecimento da Necessidade
Para casa 1D:
Determinar a deflexão que ocorre na mola causada pela força P
P = 
100Nk = 100N/mm
45o
300mm
300mm
= rótula
100mm
1
2
3100mm